[發明專利]一種碳化硼?鋁合金復合板的制備方法

在審

• 申請號: 201710919679.8
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107651962A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 趙立;夏倫剛;崔毅;方寧象
• 申請（專利權）人: 浙江立泰復合材料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/563
• 分類號: C04B35/563;C04B35/626;C04B35/634;B22D19/08
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司33214
• 代理人: 王曉峰

技術領域

本發明涉及碳化硼陶瓷裝甲領域，尤其涉及一種碳化硼-鋁合金復合裝甲。

背景技術

防彈裝甲材料日益朝著高硬度、高強度、高韌性、低密度和低成本的方向發展。傳統金屬防彈材料由于密度大，使得車輛、船舶和飛機不得不犧牲其有效載荷，同時過厚的裝甲又降低了設備的操作靈活性，因此，輕質防彈材料已經成為目前的研究熱點和發展趨勢。陶瓷材料具有強度高、硬度大、耐高溫、抗氧化、高溫下耐磨性優異、熱膨脹系數小、密度低等優良的性能，并且陶瓷材料具備的吸能效應、磨損效應、動力學效應等有益于發揮陶瓷材料的抗彈能力，這些特性是金屬材料、高分子材料及其復合材料所不具備的，其中B₄C陶瓷的高硬度（僅次于金剛石和立方氮化硼）和低密度（2.52g/cm³），使其在防彈裝甲域具有巨大的應用潛力。金屬鋁具有優良的塑性和韌性、易加工成型和密度較低（2.7g/cm³），而且原料來源廣泛，價格便宜，與陶瓷材料復合后具有輕質、高強、高韌的特點。因此，將B₄C陶瓷與金屬鋁相結合，形成碳化硼-鋁合金復合裝甲，揚長避短，發揮二者的性能優勢，是制備高性能防彈裝甲的一條有效的途徑。

目前的抗彈陶瓷厚度一般小于30mm，主要用于防小口徑彈種的攻擊，對于更高等級的防護，要求復合裝甲中的抗彈陶瓷有一定的厚度，盡管采用多層疊鋪方式也可以實現陶瓷的大厚度要求，但由于尺寸效應其抗彈性能會相應下降;而采用大厚度整體抗彈陶瓷，可提高防護裝甲抗擊高能量打擊的能力。B₄C的熔點高達2350℃，純B₄C材料因其高共價鍵含量和低自擴散系數，燒結性較差，通常可以通過添加燒結助劑促進其燒結。B₄C陶瓷的低韌性嚴重影響其抗彈性能。因此可以采取成分及結構復合的方式來提高B₄C陶瓷的韌性。目前B₄C陶瓷的制備主要是熱壓燒結、無壓燒結、反應燒結三種工藝。其中反應燒結溫度低，能夠以凈尺寸燒結，具有良好的應用前景。

目前，制備碳化硼陶瓷-鋁合金復合材料通常是先制備出多孔碳化硼骨架，之后采用熔滲液態鋁的方法，獲得三維網絡結構的碳化硼-鋁復合材料，但該結構材料難以充分發揮碳化硼陶瓷的優異特性，也難以制備大尺寸制品。流延成型可用來成型大尺寸陶瓷制品，但通常適合于制備薄片制品，在制備大厚度產品方面有很大的局限性。

發明內容

本發明提供一種大厚度的碳化硼-鋁合金復合板的制備方法，先制備出大厚度碳化硼陶瓷板，之后將陶瓷板與鋁合金直接澆注，使鋁合金在三維空間上對碳化硼陶瓷進行約束和固結，形成鋁包裹碳化硼的一體結構材料。陶瓷板上均勻分布的止裂孔也有利于澆筑過程中液態鋁的流動和貫通，使鋁合金與碳化硼陶瓷的結合更加牢固具體包括以下實驗步驟：

1)將球磨原料B₄C粉和改性酚醛樹脂在球磨機中球磨12-24小時，形成漿料；

2) 用造粒機將步驟1）得到的漿料進行造粒，驅動蠕動泵電機，將上述步驟1）中球磨好的漿料桶中的漿料通過泵輸送到造粒機頂端的噴盤中，噴盤電機驅動系統驅動噴盤旋轉，旋轉的噴盤通過離心作用將漿料分散，鼓風機通過風口將分散的漿料吹至底部帶有超聲裝置的水中，顆粒不溶于水而沉淀至底部；通過造粒機的出料口將顆粒和水分離；將得到的顆粒進行烘干得到造粒粉；

3)將上述得到的造粒粉在液壓機中壓制得到壓坯，所述壓坯密度控制在1.7-1.8 g/cm³，厚度60-80 mm；

4) 然后將壓坯在網帶爐中加熱，改性酚醛樹脂分解并產生包覆碳源，得到素坯；

5)用鉆床在素坯上加工通孔，得到坯件，所述通孔的孔徑為3-5mm；

6)將坯件經真空燒結爐中燒結，真空度≤10Pa，將硅餅置于坯件上層，得到帶有通孔的碳化硼陶瓷板；

7)將帶有通孔的碳化硼陶瓷板在烘箱內預熱，然后取出放置在模具內；待鋁合金在熔煉爐中完全熔化后澆鑄于陶瓷板周圍，熔融鋁合金凝固，形成鋁合金包裹碳化硼陶瓷結構。

作為優選，所述步驟1）中球磨原料還包括PVA，甘油，PEG，無水乙醇；所述B₄C粉和改性酚醛樹脂的重量比為10:1-13:1。